Experimente recente din cadrul LHC sugerează că ar putea exista o greşeală în Modelul Standard

Putem vorbi de o nouă eră în fizică?

Rezultatele unor experimente recente din cadrul LHC (Large Hadron Collider) din Elveția sugerează existenţa unei noi particule în afara Modelului Standard al fizicii particulelor, ceea ce ar putea deschide o nouă eră în fizică.

Chiar dacă sunt necesare alte experimente pentru a confirma dacă excesul aparent de fotoni, înregistrat de fizicieni în cadrul unor experimente desfăşurate recent în LHC, reprezintă într-adevăr dovada unei noi particule, faptul că nimeni nu a putut infirma rezultatele măsurătorilor sugerează că am putea fi aproape de descoperirea a ceva extraordinar. „Dacă acest lucru se dovedeşte a fi real, atunci ar fi ca un cutremur de magnitudine 10 pe scara Richter în fizica particulelor”, a declarat fizicianul John Ellis din cadrul King’s College din Londra pentru The Guardian.

În luna decembrie a anului trecut, fizicienii au constat că cele două detectoare principale ale acceleratorului de particule LHC, Atlas și CMS, au detectat semnale care nu au putut fi explicate pe baza Modelului Standard.

Ciocnirea protonilor în interiorul acestor detectoare masive a generat fotoni având o energie mai mare decat prezice teoria, a explicat Ian Sample pentru The Guardian.

Detectorul CMS. Credit: CERN

Mai exact, detectoarele CMS și ATLAS au înregistrat o creștere bruscă a semnalului recepționat, corespunzător resturilor de particule rezultate în urma coliziunilor, la un nivel de energie de aproximativ 750 GeV sau de aproximativ 750 de miliarde de electron-volți.

Prezenţa acestui semnal inexplicabil în resturile coliziunilor proton-proton  ar putea fi indiciul unei noi particule care seamănă cu bosonul Higgs, dar care ar fi de  aproximativ 12 ori mai grea, având o masă de 1.500 GeV, au anunțat anul trecut fizicienii care au analizat datele.

La momentul descoperirii, unii fizicieni s-au referit la noua ipotetică particulă ca la vărul mai greu al bosonului Higgs. Alți fizicieni cred că semnalul detectat ar putea însemna că bosonul Higgs este alcătuit din particule mai mici sau că ar putea fi vorba despre semne ale existenței gravitonului, o ipotetică particulă purtătoare a forţei gravitaţionale. „Acest lucru ar fi cu adevărat remarcabil, deoarece, până în prezent, nu s-a reușit includerea gravitației în teoriile curente despre particule și forțe”, afirmă Sample.

În prezent, Modelul Standard reprezintă cea mai bună explicație pe care o avem pentru modul în care funcționează Universul. Cu toate acestea, Modelul Standard nu este perfect. Cea mai notabilă lacună a acestuia este aceea că el nu include gravitaţia, astfel încât oamenii de știință au încercat să găsească orice fenomen fizic care se abate de la predicțiile Modelului Standard. Recent aceștia au găsit un astfel de fenomen.

Este vorba despre o particulă denumită mezonul B. În conformitate cu Modelul Standard, mezonii B ar trebui să se dezintegreze la anumite frecvențe şi la anumite unghiuri specifice, dar aceste predicții nu se potrivesc cu ceea ce s-a observat în experimentele din cadrul LHC, ceea ce sugerează că acolo se întâmplă ceva diferit. Oamenii de știință cred că dacă vom putea înţelege despre ce este vorba, atunci vom fi mai aproape de dezlegarea unora dintre misterele Universului.

„Până în prezent, toate măsurătorile noastre se potrivesc cu predicțiile Modelului Standard”, a declarat cercetătorul Mariusz Witek de la Institute of Nuclear Physics al Polish Academy of Sciences. „Cu toate acestea, știm că Modelul Standard nu poate explica toate caracteristicile Universului. El nu prezice masele particulelor şi nu ne spune de ce fermionii formează trei familii. De ce în Univers există mai multă materie decât antimaterie? Ce este materia întunecată? Toate aceste întrebări rămân fără răspuns”.

Deşi datele experimentale au fost obţinute în anii 2011 și 2012, abia anul trecut oamenii de ştiinţă au observat că rata de dezintegrare a mezonul B nu se potriveşte cu predicțiile Modelului Standard.

Cercetătorii polonezi au arătat recent că nu doar rata de dezintegrare este în contradicție cu Modelul Standard, ci şi unghiul de dezintegrare.

În conformitate cu Modelul Standard, mezonii B sunt formaţi dintr-un quarc ușor și un antiquarc greu şi ei ar trebui să se dezintegreze rapid sub un anumit unghi specific.

Deşi fizicienii au observat anterior ceva ciudat cu privire la rata acestei dezintegrări, ei nu au putut evidenţia o diferență în ceea ce priveşte unghiul de dezintegrare, deoarece metoda lor de măsurare nu era suficient de precisă.

Cu toate acestea, printr-o nouă metodă de măsurare, propusă de către fizicienii polonezi, s-a putut demonstra că mezonii B din experimentele desfăşurate în anii 2011 şi 2012 nu se dezintegrează sub un unghi prezis de către Modelul Standard.

Cercetătorii susţin că nu se poate vorbi încă de o nouă descoperire, deoarece sunt necesare mai multe date înainte de a se afirma că ceea ce s-a constatat reprezintă un fapt real. Ei au obţinut o deviație standard de 3,4 sigma, ceea ce este destul de bine, dar pentru a vorbi despre o nouă descoperire este nevoie de 5 sigma, ceea ce corespunde unei şanse din 3,5 milioane ca rezultatul să fie o eroare aleatoare.

În concluzie, ce ar însemna dacă mezonii B se dezintegrează sub un unghi diferit faţă de predicţia Modelului Standard? Acest lucru ar putea sugera existenţa unei noi particule, iar cea mai populară ipoteza în acest moment este existenţa unui nou boson Z’, care nu este prezis de Modelul Standard, dar care influențează dezintegrarea mezonilor B.

Vestea bună este că acceleratorul de particule LHC poate ciocni protoni la o energie mai mare decât oricând, iar fizicienii vor avea în curând un volum nou de date de analizat. Acele date ar putea deschide o nouă eră în fizică.

„La fel ca în cazul unui film bun, toată lumea se întreabă ce se va întâmpla la final și nimeni nu vrea să aștepte”, afirmă Witek.

Sursă: Sciencealert